JPH0745811B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気の動的効果を利用して充填効率を向上す
るようにしたエンジンの吸気装置に関するものである。

（従来技術） 従来から、エンジンの作動に伴う吸気圧力の変動を利用
して吸気の充填効率を高めるようにしたエンジンの吸気
装置は種々知られている。例えば特開昭59−173520号公
報に示された装置では、吸気マニホールドを吸気順序が
隣り合わない気筒群どうしにまとめて複数に分割し、そ
の各吸気マニホールド集合部より上流側で吸気通路を合
流させ、各吸気マニホールド集合部相互間、および各吸
気マニホールド集合部と上記合流部との間の吸気通路相
互間をそれぞれ容積部を介して連絡し、これら２箇所の
連絡部に第１および第２の開閉弁をそれぞれ設け、これ
らの弁をエンジンの運転条件に応じて開閉制御するよう
にしている。この装置によると、両開閉弁が閉じられて
いるときと、第２の開閉弁のみ開かれるとき、第１開閉
弁が開かれるときとで、吸気圧力波の反射位置が段階的
に切替わり、圧力振動の周期に関係する通路の実質長さ
が変化するため、低速、中速、高速の各域で動的効果を
高めて充填効率の向上を図ることができる。

ところが、このような従来装置では、あくまで、外部か
ら導入した吸気を各気筒に供給する流路となる吸気通路
（吸気マニホールドおよびその上流側の吸気通路）に、
上記のような動的効果をもたせるための構造を組込むよ
うにしているため、吸気系が複雑化するとともに、吸気
通路の長さが制約され、吸気系のレイアウト等の制限を
受ける。その上、吸気供給を行なう吸気通路のみで動的
効果を持たせるだけでは、出力向上が要求される運転域
に応じた動的効果の調整の自由度、および充填効率の向
上度合に限界がある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気系の構造を比較的
簡略化し得、かつ、吸気系の設計の自由度および動的効
果の調整の自由度を高めることができるようにしつつ、
吸気の動的効果をより一層高めて充填効率を向上するこ
とができるエンジンの吸気装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、燃焼室に吸気を供給する吸気ポートに加え、
吸気行程中に開かれる補助吸気ポートと、この補助吸気
ポートを他の気筒の補助吸気ポートとのみ連通させる連
通路とを設けるとともに、上記連通路を介して相互に連
通された複数気筒における一方の気筒からの圧力波が、
実用回転数域内の特定回転数での気筒間の作動間隔に対
応した時間をもって他方の気筒に伝播するように、上記
連通路の通路長さを設定したものである。

この構成により、本来の吸気供給を行なう吸気系とは別
に、複数気筒の上記補助吸気ポートを連通する連通路内
に気筒相互間を伝播する圧力波が生じ、特に上記圧力波
が連通路内を伝播する時間が気筒内の作動間隔に対応す
る状態となるとき、この圧力波により吸気圧力変動が強
化されて動的効果が高められる。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、この
実施例では、６気筒４サイクルのレシプロエンジンに本
発明装置を適用している。これらの図において、エンジ
ン本体１の各気筒２には、ピストン３の上方に燃焼室４
が形成されている。この燃焼室４には、吸気弁５により
開閉されて燃焼室４に吸気を供給する吸気ポート６と、
排気弁７により開閉される排気ポート８とが開口し、さ
らにこれらに加え、吸気の動的効果を高めるための補助
吸気ポート９が開口している。この補助吸気ポート９
は、補助吸気弁10によって吸気行程中に開かれるように
なっている。

各気筒２の吸気ポート６は気筒別の吸気通路11に接続さ
れ、この気筒別の吸気通路11は、上流側吸気通路12から
外気が導入されるサージタンク13に接続されている。当
実施例では、２つのサージタンク13にそれぞれ吸気順序
が隣り合わない気筒２の各吸気通路11が接続され、つま
り、各気筒２を第２図の左側から順に第１〜第６気筒と
すると、各気筒の吸気順序は第1,第5,第3,第6,第2,第４
の順となるので、第１〜第３気筒の各吸気通路11と第４
〜第６気筒の各吸気通路11とがそれぞれ別のサージタン
ク13に接続されている。各サージタンク13に通じる上流
側吸気通路12にはエアクリーナ14、エアフローメータ15
およびスロットル弁16が配設されており、吸気通路11に
は燃料噴射弁17が装備されている。また、排気ポート８
は排気マニホールド18に接続されている。

一方、補助吸気ポート９は、上記吸気通路11とは別に設
けられた連通路21を介して他の気筒の補助吸気ポート９
に連通されている。当実施例では、吸気行程が隣り合わ
ない第１〜第３気筒の各補助吸気ポート９および第４〜
第６気筒の各補助吸気ポート９が、それぞれ別個の連通
路21によって相互に連通されている。上記連通路21は、
吸気通路11には直接連通せず、従って外気の導入は行な
われず、専ら気筒間の圧力波の伝播に用いられるように
なっている。

気筒間の連通路21の長さは、この連通路21を通しての気
筒間の圧力波伝播時間が、実用回転数域内の要求に応じ
た特定エンジン回転数での気筒間の作動間隔に相当する
時間となるように設定されている。つまり、連通路21の
気筒間の通路長さ（等価管長）をｌ、音速をａとする
と、圧力波伝播時間はl/aとなり、またエンジン回転数
をｎ、クランク角で表わした気筒間の作動間隔をθとす
ると、作動間隔に相当する時間は（θ/360）×（60/n）
となるので、後述の共鳴効果により出力向上を図ろうと
する特定エンジン回転数で ｌ＝（θ/360）×（60/n）×ａ …… となるように連通路21の通路長さが設定されている。

当実施例による場合、連通路21によって相互に連通され
た気筒間の作動間隔θは240゜となるので、音速ａを360
（m/s）とすると、例えば5000〜7000rpmで上記式の条
件を満足するには、有効通路長さｌを2.88〜2.06（ｍ）
としておけばよく、実際の連通路21の通路長さは上記有
効通路長さから開口端補正分を減じた長さに設定してお
けばよい。

また、上記連通路21には、運転状態に応じてこの連通路
21を開閉するシャッタ弁22が設けられている。このシャ
ッタ弁22は、エンジン回転数センサ23およびスロットル
開度センサ24からの信号を受けるコントロールユニット
25により、三方電磁弁26および負圧応動式のアクチュエ
ータ27等の駆動手段を介して制御され、連通路21の圧力
変動による動的効果が得られない低回転数域や動的効果
を必要としない低負荷域では連通路21を閉じるようにな
っている。

このような吸気装置の作用を第３図によって説明する。

第３図は、特定のエンジン回転数における吸気ポート６
および補助吸気ポート９付近の圧力変動を示している。
この図において、IOおよびICは吸気弁５による吸気ポー
ト６の開時期および閉時期であり、補助吸気ポート９の
開時期および閉時期もこれとほぼ同時期となっている。
この図における曲線Ａは基本吸気圧力波（連通路21によ
る圧力伝播が行なわれない場合の吸気ポート付近の吸気
圧力波）を示し、曲線Ｂは連通路21を通して圧力波が伝
播されて共鳴が生じたときの補助吸気ポート９付近の吸
気圧力波を示す。この図に示すように、吸気行程中の気
筒２内の圧力変動に基づき、吸気ポート付近には吸気行
程途中で負圧となって吸気行程終期に正圧となる吸気圧
力波が生じる。また、吸気行程中の気筒２に生じる圧力
波は連通路21を介して気筒相互間で伝播され、この圧力
波の伝播時間が気筒間の作動間隔に対応しているとき
は、例えば第１気筒から第２気筒へ伝播された圧力波が
第２気筒に生じる圧力波と重なり（矢印ａ）、さらに、
第２気筒から第３気筒、第３気筒から第１気筒へ伝播さ
れる圧力波がそれぞれの気筒の圧力波と重なる（矢印b,
c）。第４〜第６気筒相互間でも同様である。このよう
な状態になると、気筒相互間で圧力波が共鳴して補助吸
気ポート９付近および気筒内の圧力変動が大きくなる。
これに伴って吸気圧力波が強化されることにより、吸気
行程終期の吸気圧力が高められ、吸気ポート６からの吸
気供給量が増加する。さらに、連通路21内の圧力波によ
り、吸気行程終期に補助吸気ポート９からも吸気が燃焼
室４に押し込まれ、これによっても充填効率が高められ
る。

この場合、吸気通路11内の吸気圧力波がエンジンの吸入
周期と同調する状態にあるときに、気筒間で共鳴が生じ
るように設定しておけば、相乗的に動的効果が高められ
るが、必ずしも吸気通路11内の吸気圧力波が吸入周期と
同調していなくとも、吸気行程終期に吸気圧力が正圧と
なりさえすれば、気筒相互間での共鳴によって動的効果
が高められる。従って、本来の吸気供給のための吸気系
とは別個に、所望のエンジン回転数域で共鳴効果をもた
せるように連通路21を設定することができ、本来の吸気
系はレイアウト上の都合等により比較的自由に設計し得
る。

また、上記連通路21内では、複数気筒相互間での圧力伝
播が繰返されるため、圧力の減衰が少なく、大きな共鳴
効果が得られる。

第４図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では、
サージタンク13から吸気ポート６に至る気筒別の吸気通
路11の実質的な通路長さを可変にしている。すなわち、
上記吸気通路11には、その上流側部分で２又に分岐して
それぞれサージタンク13に接続された比較的長い通路部
11aと短い通路部11bとが形成され、その短い通路部11b
に吸気通路長変更用のシャッタ弁30が設けられている。
31は上記シャッタ弁30を開閉作動する負圧応動式のアク
チュエータ、32はコントロールユニット25からの信号を
受けて上記アクチュエータ31への負圧の供給を制御する
三方電磁弁である。また、補助吸気ポート９および連通
路21等は第１実施例と同様の構造である。

そして、コントロールユニット25により、上記連通路21
のシャッタ弁22および吸気通路長変更用シャッタ弁30が
それぞれ制御され、例えば第５図に示すように、連通路
21のシャッタ弁22が低回転域や低負荷域以外の適当な運
転域Saで開かれる一方、吸気通路長変更用シャッタ弁30
が所定回転数より高回転側の運転域Sbで開かれるように
なっている。

この第２実施例の装置によると、吸気の供給を行なう吸
気通路11側においては、低回転域では上記シャッタ弁30
が閉じられて実質的に吸気通路長が長くされ、高回転域
では上記シャッタ弁30が開かれて実質的に吸気通路長が
短くされることにより、低回転側と高回転側とでそれぞ
れ吸気通路の圧力振動自体による動的効果が高められ
る。そしてこの場合も、上記吸気通路11とは別に、複数
の気筒２の補助吸気ポート９を連通する連通路21を設け
ることにより、気筒相互間の共鳴によっても動的効果が
高められることとなる。

第６図は本発明の第３実施例を示す。この実施例では２
気筒のロータリピストンエンジンに本発明装置を適用し
ており、各気筒のロータハウジング41内には遊星回転運
動する略三角形状のロータ42が装備され、このロータ42
によって燃焼室に相当する三つの作動室43が区画形成さ
れている。また、各気筒のサイドハウジング44には、吸
気を供給する吸気ポート45に加えて補助吸気ポート46が
形成され、これらのポート45,46がロータ42の回転に伴
って開閉されるようになっている。

そして、上記吸気ポート45は、外気が導入されるサージ
タンク47に、サージタンク47の下流で合流した吸気通路
48を介して連通している。一方、各気筒２の補助吸気ポ
ート46は、吸気通路48とは別に設けられた連通路49を介
して連通している。その他の第１実施例と同等の部分は
同一符号を付して説明を省略する。

この２気筒ロータリピストンエンジンでは、気筒間の作
動間隔を偏心軸角で180゜となるので、前述の式にお
いてθ＝180とし、特定エンジン回転数でこの式を満足
するように連通路49の長さを設定しておくことにより、
上記特定エンジン回転数で気筒相互間の共鳴により第７
図に示すように動的効果が高められる。すなわち、ロー
タリピストンエンジンでは、吸気ポート45および補助吸
気ポート46が各作動室43に対して順次開閉されることに
より、正弦波に近似した吸気圧力波が生じて吸気ポート
付近での基本圧力波は線Ｃのようになる。そして、気筒
相互間でもこのような圧力波が伝播され、特定エンジン
回転数では、気筒間の作動間隔に対応した時間をもって
圧力波が伝播される（矢印d,e）ことにより、補助吸気
ポート46付近に線Ｄで示すような大きな圧力波が得ら
れ、第１実施例の場合と同様の効果が得られることとな
る。

（発明の効果） 以上のように本発明は、吸気を供給する吸気ポートに加
え、補助吸気ポートと、複数気筒の補助吸気ポート同士
のみを連通する連通路を設け、常用回転数域内で上記連
通路を通しての圧力伝播により気筒相互間で圧力波の共
鳴を生じさせるようにしているため、この連通路を伝播
する圧力波によって吸気の動的効果を高め、充填効率を
向上することができる。特に、吸気供給のための本来の
吸気系とは別個に、圧力伝播に専用の連通路等を設けて
いるため、大きな共鳴効果をもたせることができるとと
もに、吸気通路等の構造を簡略化することができ、ま
た、本来の吸気系による動的効果を相乗的に高めること
も可能である等、種々のすぐれた効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略平面図、第２図
は同側面図、第３図は特定エンジン回転数における吸気
圧力変動状態を示す説明図、第４図は第２実施例を示す
側面図、第５図は第２実施例におけるシャッタ弁の開領
域を示す図、第６図は第３実施例を示す概略側面図、第
７図は第３実施例による場合の圧力変動状態を示す説明
図である。 １……エンジン本体、２……気筒、４……燃焼室、6,45
……吸気ポート、9,46……補助吸気ポート、21,49……
連通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に吸気を供給する吸気ポートに加
   え、吸気行程中に開かれる補助吸気ポートと、この補助
   吸気ポートを他の気筒の補助吸気ポートとのみ連通させ
   る連通路とを設けるとともに、上記連通路を介して相互
   に連通された複数気筒における一方の気筒からの圧力波
   が、実用回転数域内の特定回転数での気筒間の作動間隔
   に対応した時間をもって他方の気筒に伝播するように、
   上記連通路の通路長さを設定したことを特徴とするエン
   ジンの吸気装置。